第二章 细菌的生长繁殖(微生物)

1、第一节第一节 细菌细胞的代谢过程细菌细胞的代谢过程第二节第二节 细菌的生长繁殖细菌的生长繁殖第三节第三节 细菌的人工培养细菌的人工培养第四节第四节 细菌生化反应细菌生化反应第五节第五节 细菌菌落生长反应的调控细菌菌落生长反应的调控第六节第六节 细菌的生态细菌的生态细菌与其他生物一样，有独立的生命活动，涉及复杂的新陈代谢。细菌生长繁殖涉及细菌的组分、营细菌的组分、营养要求、能量代谢、生物生长合养要求、能量代谢、生物生长合成繁殖及基因调控成繁殖及基因调控等。一、一、 细菌的化学组成细菌的化学组成占细胞总重量占细胞总重量75%-90%碳、氢、氮、氧、磷、硫等碳、氢、氮、氧、磷、硫等钾、钠、铁、镁、钙

2、等钾、钠、铁、镁、钙等肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等肽聚糖、胞壁酸、磷壁酸等水：水：有机物：有机物：无机离子：无机离子：特有成分：特有成分：二、二、 细菌的物理性状细菌的物理性状（一）、带电现象（一）、带电现象 NHNH3 3-NH-NH4 4酸性酸性 蛋白质蛋白质 氨基酸组成氨基酸组成 COOH-COOCOOH-COO- -碱性碱性在一定的在一定的pHpH条件下，细菌所带电荷数相等，此时的条件下，细菌所带电荷数相等，此时的pHpH值称为值称为等电点。等电点。G G+ +等电点：等电点：1.9-2.9; 1.9-2.9; G G等电点：等电点：4.8-5.84.8-5.8一般培养基一般培养基pH7.

3、2-7.6pH7.2-7.6之间，故之间，故G G，G G+ +都带负电荷。都带负电荷。1 1、阳离子染料阳离子染料：碱性染料带正电荷，而细菌带负电：碱性染料带正电荷，而细菌带负电荷，故细菌学上的染料大都为碱性染料。如美兰，荷，故细菌学上的染料大都为碱性染料。如美兰，碱性复红，结晶紫，沙黄，苯胺染料，孔雀绿等。碱性复红，结晶紫，沙黄，苯胺染料，孔雀绿等。2 2、阴离子染料阴离子染料：酸性染料带负电荷又叫阴离子染料，：酸性染料带负电荷又叫阴离子染料，伊红，酸性复红，胭脂红。伊红，酸性复红，胭脂红。3 3、中性染料中性染料：瑞特氏：瑞特氏( (二）、表面积大：有利于吸收，吸附和代谢。二）、表面积大

4、：有利于吸收，吸附和代谢。( (三三) )、光学性质：细菌呈半透明状态，光线不、光学性质：细菌呈半透明状态，光线不能完全通过，用比浊法测细菌总数（麦氏比浊能完全通过，用比浊法测细菌总数（麦氏比浊管、光电比浊计）。管、光电比浊计）。（四）、多相胶体性质：细胞质中含有各种蛋白质，（四）、多相胶体性质：细胞质中含有各种蛋白质，其结构、成分、功能各不相同，为多相胶体其结构、成分、功能各不相同，为多相胶体prpr，因此在细胞内可同时进行性质不同的生化反应，因此在细胞内可同时进行性质不同的生化反应，结果细胞外浓度低的物质可以被选择性吸收而浓结果细胞外浓度低的物质可以被选择性吸收而浓缩于缩于C C内。内。（

5、五）、渗透压：细菌体内浓聚着许多物质，故有（五）、渗透压：细菌体内浓聚着许多物质，故有较强的渗透压。较强的渗透压。三、细菌的营养类型三、细菌的营养类型自养微生物自养微生物（无机营养型）u 光能自养微生物（光能无机营养型）化能自养微生物（化能无机营养型）u异养微生物异养微生物（有机营养型）u光能异养微生物光能异养微生物（光能有机营养型）u化能异养微生物化能异养微生物（化能有机营养型）四种微生物的营养类型比较四种微生物的营养类型比较以上第一节第一节 细菌细胞的代谢过程细菌细胞的代谢过程1、细菌生长和繁殖速度极快，超过动物细胞10100倍。 2、细菌利用各种化合物作为能源的能力远远强于动物细胞。3、

6、细菌对营养的需求比动物细胞更为多种多样，因为它们有多种代谢旁路。 4、细菌可利用非常流水线式生产的方式合成大分子物质。 5、细菌能产生诸如肽聚糖、脂多糖、磷壁酸等特殊物质。细菌的代谢1.细菌的酶胞内酶：胞内酶：存在于细菌细胞内的酶，大部分属于参与 呼吸过程的酶类。胞外酶：胞外酶：细菌合成后被分泌到细胞外的酶。如水解 酶将大分子量物质分解成小分子量物质， 便于吸收。固有酶：固有酶：细菌本身所固有的酶。如脱氢酶。诱导酶：诱导酶：在诱导物存在下，因适应环境而产生的酶 类。如大肠杆菌的半乳糖苷酶，只有培养 基中加入乳糖时才产生该酶，分解乳糖。限制性核酸内切酶：限制性核酸内切酶：存在于细菌的细胞内，它对

7、异种DNA可以 识别，并能将其在一定的碱基部位切割， 使异种DNA断裂。 EcoRI：来自大肠杆菌 Hind：流感嗜血杆菌 BamHI：淀粉液化芽胞杆菌修饰酶：修饰酶：对DNA进行修饰，使DNA特定部位碱基甲基化，从而可 保护自身的DNA不被限制酶分解。与毒力有关的酶：与毒力有关的酶：透明质酶（结缔组织）胶原酶（结缔组织） 血浆凝固酶，溶纤维蛋白酶，卵磷脂酶 （魏氏梭菌产生） 2、细菌的呼吸 细菌呼吸的类型：根据细菌对游离氧的需要，将细菌分为：（1）需氧呼吸菌（需氧菌）：呼吸时必须有充足的氧，在无氧的条件下不能生长，在高层振荡培养时，生长在表面。假单胞菌（2）厌氧呼吸菌（厌氧菌）：必须在无氧的

8、条件下才能生长，在高层振荡培养时，生长在试管底部。坏死杆菌，肉毒梭菌（3）兼性厌氧菌：需O2兼性厌氧，在无氧或有氧的条件下均能生长，在高层振荡培养时，生长整个培养基。肠杆菌氧化型和发酵型的区分氧化型呼吸：呼吸在有氧环境下进行，受氢体是分子氧的叫氧化型呼吸，简称呼吸。发酵型呼吸：呼吸在无氧环境中进行，受氢体不是分子氧，而是其它无机物或有机物称之为厌氧呼吸或发酵。氧化型的细菌在有氧时分解葡萄糖，无氧时不能分解；发酵型细菌是在无氧和有氧时都能分解葡萄糖；产碱型细菌是在有氧和无氧时都不能分解葡萄糖或者产生碱性呈现深紫色。3.呼吸类型（1）专性需氧菌（2）微需氧菌（3）兼性厌氧菌（4）专性厌氧菌4.细菌

9、的代谢产物（1）分解产物 糖的分解及产物： 蛋白质和氨基酸的分解及产物： 脂类的分解及其产物：（2）合成产物 色素：金黄色色素、类胡萝卜素，对细菌鉴定有意义 毒素：内、外毒素 抗生素：青霉素 维生素：肠道菌合成VC，VB 热原质：生长在液体环境细菌产生一种多糖，注入动 物体引起热反应，主要为细胞壁中的脂多 糖，可成为内毒素，耐高温。 热：发酵堆肥。 光：磷化微球菌。物质摄取物质摄取生物合成生物合成聚合作用聚合作用组装组装细菌细胞的代谢过程细菌细胞的代谢过程u单纯扩散（simple diffusion）u促进扩散（facilitated diffusion）u主动输送(active transp

10、ort)u基团转位(group translocation)一、细菌物质的摄取一、细菌物质的摄取自由扩散细胞膜构造单纯扩散(simple diffusion)特点促进扩散(facilitated diffusion)u促进扩散(facilitated diffusion)过程： 膜载体在膜外与营养物质亲合力强，与这种物质结合，进入细胞后亲合力降低释放营养物质。像渡船一样，膜外装货，膜内卸货，这种扩散方式比单纯扩散速度快。膜内外亲合力的改变与载体分子构型改变有关。u促进扩散特点n物质运输动力是细胞外的浓度差。n运输过程不消耗能量。n有膜载体参加，膜载体（渗透酶）有特异性。运输葡萄糖 的载体只运输

11、葡萄糖。这种运输方式多发生在真核微生物，原核生物少见。主动输送主动输送(active transport)(active transport) ATP ADP + Pi 恢复原构像再循环耗能构像 改变膜上膜外膜内移位结合消耗主动运输特点基团转位基团转位(group translocation)(group translocation)运输方式：运输方式：转转 录录翻翻 译译DNA mRNA 蛋白质蛋白质第二节、细菌的生长和繁殖一、细菌的个体繁殖方式一般为无性繁殖，一般为无性繁殖，二等分分裂法。二等分分裂法。同形裂殖：裂殖后形成的子细胞大小相同形裂殖：裂殖后形成的子细胞大小相等等（20-30mi

12、n）。异形裂殖：分裂产生两个大小不等的子异形裂殖：分裂产生两个大小不等的子细胞。细胞。细菌分裂过程：细菌分裂过程：核分裂核分裂形成横隔壁形成横隔壁子细胞分离子细胞分离世代时间世代时间: 一个菌体分裂为两个一个菌体分裂为两个菌体所需的时间菌体所需的时间 。总菌数活菌数培养时间 .对数期 .稳定期 .衰亡期.迟缓期细菌数目（个/ml）对数二、细菌的生长曲线（群体）1. 迟缓期（延滞期）特点生长速率常数等于零菌体粗大 代谢活力强对不良条件抵抗能力降低含量增加细菌来到新环境的一个适应过程细菌来到新环境的一个适应过程缩短迟缓期的意义和方法可以缩短生产周期，提高设备利用率。接种对数生长期的菌种，采用最适菌

13、龄 加大接种量用与培养菌种相同组成分的培养基2、对数期 (指数期)(exponential phase) 特点活菌数呈对数增加 酶系活跃，代谢旺盛生长速率最大，generation time最短细胞的化学组成及形态，生理特性比较一致稳定期特点u活菌数保持相对稳定，总菌数达最高水平。u细菌代谢物积累达到最高峰。u芽胞杆菌这时开始形成芽胞。u这是生产收获时期。3、稳定期(stationary phase)4、衰亡期(decline phase/death phase)特点细菌死亡数大于增殖数,活菌数明显减少,群体衰落细胞出现多形态,大小不等的 畸形,变成衰退型细胞死亡,出现自溶现象。一、 细菌人工

14、培养的条件 1. 培养基 是人工配制的含有细菌生长繁殖所需营养的基质。培养基经灭菌后才能使用。 制备培养基的营养物质由牛肉浸汁、牛肉浸膏、肝浸汁、蛋白胨、NaCl、磷酸盐、葡萄糖、血液、血清、腹水、鸡蛋等提供。pH一般调整至7.2-7.6 。2. 酸碱度 每种细菌均有可适pH范围及最适pH。大多数细菌可在pH 6-8之间以生长，但多数病原细菌的最适pH 为7.2-7.6。 3. 温度 不同细菌适应的温度范围不同，细菌有各自的可适温度范围及最适温度。根据细菌适应的温度范围，可将细菌分为3类： 嗜冷菌，范围 5-30，最适10-20； 嗜温菌，范围10-45，最适20-40； 嗜热菌，范围25-9

15、5，最适50-60。 病原菌均为嗜温菌，最适温度为37。4. 气体环境 根据细菌对氧的需要，将其分为厌氧菌、需氧菌及兼性厌氧菌。需氧菌行需氧呼吸，须在有一定浓度的游离氧的条件下才能生长繁殖；厌氧菌行厌氧呼吸，须在无游离氧的条件下才能存活生长；兼性厌氧菌既可需氧呼吸，又可厌氧呼吸，通常在有氧条件比无氧环境生长更好。有些细菌生长还需一定浓度的N2或CO2 环境。二、培养基 培养基分装细菌分离培养（1）适合微生物的营养特点（2）按微生物需要量调好营养配比 （3）控制微生物的培养条件 A、 pH值： B、调节氧和CO2的浓度 C、调节培养基的渗透压1 1、配制培养基的原则、配制培养基的原则2 2、培养

16、基的类型及应用、培养基的类型及应用（1）根据微生物的种类（2）按培养基的成分（3）按培养的用途 （4）按培养基的物理状态按培养基的成分选择培养基：粘液型菌落固固体体培培养养基基(2)(2)固体斜面培养固体斜面培养 2. 2. 液体培养基液体培养基3. 3. 半固体培养半固体培养半半固固体体培培养养基基菌膜菌膜菌沉淀菌沉淀均匀浑浊均匀浑浊对照对照液液体体培培养养基基细菌在半固体培养上的培养特征细菌在半固体培养上的培养特征细菌在半固体明胶中的生长现象细菌在半固体明胶中的生长现象细菌在斜面上的生长现象细菌在斜面上的生长现象细菌在肉汤培养基中的生长特征细菌在肉汤培养基中的生长特征表面表面浮膜状浮膜状沉

17、淀沉淀均匀混浊均匀混浊中间中间菌落：菌落：在固体培养基上在固体培养基上, ,由由单个细胞繁殖形成的肉单个细胞繁殖形成的肉眼可见的子细胞群体。眼可见的子细胞群体。菌苔菌苔: :大量细胞密集生长大量细胞密集生长, ,结果长成的各结果长成的各“菌落菌落”连连接成一片。接成一片。 (1)(1)平板培养平板培养不同的微生物种类，其菌落特征不同。同一种菌不同的微生物种类，其菌落特征不同。同一种菌在不同培养条件下菌落特征也不尽相同。在不同培养条件下菌落特征也不尽相同。菌落的特征：菌落的特征：包括大小、形状、颜色、边缘、质地、透明度、包括大小、形状、颜色、边缘、质地、透明度、光泽、表面、湿润度等。光泽、表面、

18、湿润度等。不同细菌的菌落不同细菌的菌落细菌菌落细菌菌落特征剖面图细菌菌落表面特征第四节第四节 细菌生化试验细菌生化试验 各种细菌分解能力不同，代谢基质与产物也不同。据此可设计特定的生化试验，区别和鉴定细菌。（一）细菌的代谢产物1.无机酸和有机酸 有些细菌能产生无机酸，有的可产生有机酸。无机酸如硫酸和硝酸等；有机酸如乳酸、醋酸、丙酸、丁酸等，与食品加工有关。也可用于细菌鉴定。2.醇类、酯类和其他芳香物质 这类物质与工业生产和农、畜产品加工利用有关。如乙醇、丁醇等。用于酿酒、乳品加工、饲料加工等。3.气体 细菌能产生的气体有：CO2、H2、CH4(沼气)、NH3、Cl2、H2S等。常应用于细菌鉴定

19、。4.维生素及其他生长刺激素 有些微生物能产生大量的维生素(主B族素)和一些复杂的生长刺激素，可用于畜牧业和工业生产中。5.抗菌素 抗菌素是某种微生物产生的用以拮抗另一些微生物的物质，它能抑制一定种类微生物的生长发育。可用于防治某些动物疾病、刺激动物生长。6.毒素 某些动物病原菌，能产生对动物有毒的物质，使使其发生一定症状的疾病，这类物质称为毒素。可分为外毒素与内毒素。7.热 细菌在呼吸作用中所产生的能量，只有一小部分(5-10)被用于生命活动，大部分能量，常转化为热放出。堆肥和发酵饲料（可达70以上）。8.热原质 许多细菌，特别是革兰氏阴性菌，能产生一种多糖物质，注入人或动物体内，可以引起发热反应，称为热原质。9.色素 多种微生物能产生色素，颜色有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、黑等，可用于细菌鉴定、食品、化妆品等。 10.光 少数细菌能借发光以散发部分产生的能量，发光强度可用以摄照本身相片。 （二）常用的细菌的生化试验 常用的生化试验有：糖发酵试验、氧化酶试验、触酶试验、氧化发酵(O/F)试验、VP试验、